Rust-解引用

“解引用”(Deref)是“取引用”(Ref)的反操作。取引用，我们有&、&mut等操作符，对应的，解引用，我们有操作符，跟C语言是一样的。示例如下：
比如说，我们有引用类型p:&i32;,那么可以用符号执行解引用操作。上例中，v1的类型是i32,p的类型是&i32,*p的类型又返回i32。

自定义解引用

解引用操作可以被自定义。方法是，实现标准库中的std::ops::Deref或者std::ops::DerefMut这两个trait。

Deref的定义如下所示。DerefMut的唯一区别是返回的是&mut型引用都是类似的，因此不过多介绍了。

这个trait有一个关联类型Target,代表解引用之后的目标类型。比如，标准库中实现了String向str的解引用转换：

deref()方法返回的类型是&Target,而不是Target。

如果说有变量s的类型为string,*s的类型并不等于s.deref()的类型。

*s的类型实际上是Target,即str。&*s的类型才是&str。

s.deref()的类型为&Target,即&str。

比如我们可以这样理解这几个类型：

• Box是“指针”,指向一个在堆上分配的对象；
• Vec是“指针”,指向一组同类型的顺序排列的堆上分配的对象，且携带有当前缓存空间总大小和元素个数大小的元数据；
• string是“指针”,指向的是一个堆上分配的字节数组，其中保存的内容是合法的utf8字符序列。且携带有当前缓存空间总大小和字符串实际长度的元数据。
  以上几个类型都对所指向的内容拥有所有权，管理着它们所指向的内存空间的分配和释放。
• Rc和Arc也是某种形式的、携带了额外元数据的“指针”,它们提供的是一种“共享”的所有权，当所有的引用计数指针都销毁之后，它们所指向的内存空间才会被释放。

自动解引用

Rust提供的“自动解引用”机制，是在某些场景下“隐式地”“自动地”帮我们做了一些事情。什么是自动解引用呢?下面用一个示例来说明：

编译，成功。查文档我们可以知道，len()这个方法的签名是：

fn len(&self)->usize

它接受的receiver参数是&str,因此我们可以用UFCS语法调用：

println!("length:{}",str::len(&s));

但是，如果我们使用&&&&&&&&&&str类型来调用成员方法，也是可以的。原因就是，Rust编译器帮我们做了隐式的deref调用，当它找不到这个成员方法的时候，会自动尝试使用deref方法后再找该方法，一直循环下去。

编译器在&&&str类型里面找不到len方法；尝试将它deref,变成&&str类型后再寻找len方法，还是没找到；继续deref,变成&str,现在找到len方法了，于是就调用这个方法。

自动deref的规则是，如果类型T可以解引用为U,即T:Deref,则&T可以转为&U:

自动解引用的用处

用Rc这个“智能指针”举例。Rc实现了Deref:

它的Target类型是它的泛型参数T。这么设计有什么好处呢?我们看下面的用法：

我们创建了一个指向string类型的Rc指针，并调用了bytes()方法。这里是不是有点奇怪?

这里的机制是这样的：Rc类型本身并没有bytes()方法，所以编译器会尝试自动deref,试试s.deref().bytes()。

String类型其实也没有bytes()方法，但是string可以继续deref,于是再试试s.deref().deref().bytes()。

这次在str类型中找到了bytes()方法，于是编译通过。

我们实际上通过Rc类型的变量调用了str类型的方法，让这个智能指针透明。这就是自动Deref的意义。

实际上以下写法在编译器看起来是一样的：

这就是为什么String需要实现Deref trait,是为了让&string类型的变量可以在必要的时候自动转换为&str类型。所以string类型的变量可以直接调用str类型的方法。

比如：

let s =String::from("hello");
let len =s.bytes();

虽然s的类型是string,但它在调用bytes()方法的时候，编译器会自动查找并转换为s.deref().bytes()调用。

所以String类型的变量就可以直接调用str类型的方法了。

同理：Vec类型也实现了Deref trait,目标类型是[T],&Vec类型的变量就可以在必要的时候自动转换为&[T]数组切片类型；Rc类型也实现了Deref trait,目标类型是T,Rc类型的变量就可以直接调用T类型的方法。

&*两个操作符连写跟分开写是不同的含义。以下两种写法是不同的：

fn joint()是可以直接编译通过的，而fn separate()是不能编译通过的。

因为编译器很聪明，它看到&*这两个操作连在一起的时候，会直接把&*s表达式理解为s.deref(),这时候p只是s的一个借用而已。

而如果把这两个操作分开写，会先执行*s把内部的数据move出来，再对这个临时变量取引用，这时候s已经被移走了，生命周期已经结束。

同样的，let p=&{*s};这种写法也编译不过。

这个花括号的存在创建了一个临时的代码块，在这个临时代码块内部先执行解引用，同样是move语义。

从这里我们也可以看到，默认的“取引用”、“解引用”操作是互补抵消的关系，互为逆运算。但是，在Rust中，只允许自定义“解引用”,不允许自定义“取引用”。

如果类型有自定义“解引用”,那么对它执行“解引用”和“取引用”就不再是互补抵消的结果了。先&后以及先后&的结果是不同的。

有时候需要手动处理

如果智能指针中的方法与它内部成员的方法冲突了怎么办呢?编译器会优先调用当前最匹配的类型，而不会执行自动deref,在这种情况下，我们就只能手动deref来表达我们的需求了。

比如说，Rc类型和String类型都有clone方法，但是它们执行的任务不同。

Rc::clone()做的是把引用计数指针复制一份，把引用计数加1。String::clone()做的是把字符串深复制一份。示例如下：

智能指针

Rust语言提供了所有权、默认move语义、借用、生命周期、内部可变性等基础概念。但这些并不是Rust全部的内存管理方式，在这些概念的基础上，我们还能继续抽象、封装更多的内存管理方式，而且保证内存安全。

引用计数

到目前为止，我们接触到的示例中都是一块内存总是只有唯一的一个所有者。

当这个变量绑定自身消亡的时候，这块内存就会被释放。

引用计数智能指针给我们提供了另外一种选择：一块不可变内存可以有多个所有者，当所有的所有者消亡后，这块内存才会被释放。

Rust中提供的引用计数指针有std::rc::Rc类型和std::sync::Arc类型。Rc类型和Arc类型的主要区别是：Rc类型的引用计数是普通整数操作，只能用在单线程中；Arc类型的引用计数是原子操作，可以用在多线程中。

这一点是通过编译器静态检查保证的。

首先我们用示例展示Rc智能指针的用法：

编译运行，结果显示：

$./testvalue :4242address :0x13958abdf200x13958abdf20

这说明，owner1 owner2里面包含的数据不仅值是相同的，而且地址也是相同的。

这正是Rc的意义所在。

从示例中可以看到，Rc指针的创建是调用Rc::new静态函数，与Box类型一致(将来会允许使用box关键字创建)。如果要创建指向同样内存区域的多个Rc指针，需要显式调用clone函数。

请注意，Rc指针是没有实现Copy trait的。

如果使用直接赋值方式，会执行move语义，导致前一个指针失效，后一个指针开始起作用，而且引用计数值不变。

如果需要创造新的Rc指针，必须手工调用clone()函数，此时引用计数值才会加1。

当某个Rc指针失效，会导致引用计数值减1。当引用计数值减到0的时候，共享内存空间才会被释放。

这没有违反我们前面讲的“内存安全”原则，它内部包含的数据是“不可变的”,每个Rc指针对它指向的内部数据只有读功能，和共享引用&一致，因此，它是安全的。

区别在于，共享引用对数据完全没有所有权，不负责内存的释放，Rc指针会在引用计数值减到0的时候释放内存。

Rust里面的Rc类型类似于C++里面的shared_ptr类型，且强制不可为空。

从示例中我们还可以看到，使用Rc访问被包含的内部成员时，可以直接使用小数点语法来进行，与T &T Box类型的使用方法一样。

原因我们在前面已经讲过了，这是因为编译器帮我们做了自动解引用。我们查一下Rc的源码就可以知道：

可见，Rc类型重载了“解引用”运算符，而且恰好Target类型指定的是T。

这就意味着编译器可以将Rc类型在必要的时候自动转换为&T类型，于是它就可以访问T的成员变量，调用T的成员方法了。因此，它可以被归类为“智能指针”。

下面我们继续分析Rc类型的实现原理。它的源代码在src/liballoc/rc.rs中，Rc类型的定义如下所示：

其中RcBox是这样定义的：

其中Shared类型我们暂时可以不用管它，当它是一个普通指针就好。

同时，它实现了Clone和Drop这两个trait。在clone方法中，它没有对它内部的数据实行深复制，而是将强引用计数值加1,如下所示：

在drop方法中，也没有直接把内部数据释放掉，而是将强引用计数值减1,当强引用计数值减到0的时候，才会析构掉共享的那块数据。

当弱引用计数值也减为0的时候，才说明没有任何Rc/Weak指针指向这块内存，它占用的内存才会被彻底释放。